水作为液压介质的关键技术研究

　　在液压技术发展初期,水曾经作为液压系统的传动介质。但是由于水对管道和设备有腐蚀作用,而且水在高温下容易汽化,对温度有限制和润滑性能比较差等缺点,后来逐渐被矿物油所替代。随着经济和科学技术的发展,以及对液压系统安全性、节能性,特别是环保性要求的日益提高,人们重新开始研究水作为液压系统传动介质的可能性问题。

　　水一方面价格低廉,资源丰富,不存在废物处理和环境污染;但另一方面,水具有粘度较低、润滑性差、导电性能强、汽化压力高等缺点,这给水液压技术的应用带来很大困难。本文作者针对这些问题,就如何解决水介质中的润滑与密封、摩擦与磨损、腐蚀与气蚀等关键技术作一个探讨。

　　1 水液压技术的优缺点和难点

　　水具有油无法取代的经济性和环保性,而且水的可压缩性比油的可压缩性小,动态特性比油的动态特性强,因此以水作为传动介质的液压系统,可以使液压系统的执行机构实现准确定位。另外,由于水的粘度很低,是油粘度的1/30~1/50,因此在压力传递过程中,沿程损失小,传动效率较高。

　　水作为液压传动介质必须满足一定的条件,因为水的污染程度、pH值、微生物含量、氯化物浓度以及水的硬度等都将对液压元件和管道产生一定的影响。如:取常见的生活用水作为传动介质,其性能指标应该满足以下要求: pH值: 6.3~8.5;氯化物浓度25 mg/L;钙含量7115 mg/L;镁含量[415mg/L;微生物含量: 37e时[10g/L; 22e时100g/L;固体颗粒:B=80。

　　但是水作为液压介质存在以下3大难点: (1)润滑性能差,如何提高水的润滑性能就成为其中的一个关键技术问题; (2)渗透泄漏性强,如何解决液压元件中运动副的渗透与泄漏是第二个关键技术问题; (3)腐蚀与气蚀,如何克服水(尤其是海水)对液压元件的腐蚀与气蚀是第三个关键技术问题。

　　2 润滑及密封

　　在流体力学中,粘度是液体流动性能的指标,对液压元件的使用、性能和寿命有很大的影响。作为液压介质,当工作温度在20~50e范围内变化时,水的粘度从1 m²/s降低到0.6m²/s,大约仅仅是在相同条件下油粘度的1/30。这必将对液压元件中摩擦副的润滑与密封产生不利影响。

　　对于液压元件的运动副,目前基本采用间隙配合,而间隙的大小对泄漏量影响很大。一般情况下,为简化计算,将间隙流动简化为两平行板间隙的层流,根据流体力学有关知识其泄漏流量为:

　　式中: Qc1, Qc2分别表示水和油的泄漏流量; b, L表示间隙的宽度与长度; h1, h2为间隙高度为动力粘度;为间隙进出口压力差。

　　所以当采用水作为介质后,在相同的工作条件下,液压元件的内泄漏流量比使用液压油要增大30倍左右,从而引起工作效率的明显下降,不能建立起期望的工作压力。